Проектирование с учетом возможного прогрессирующего разрушения - обеспечение конструктивной безопасности в условиях аварийной ситуации Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69.07

ПРОЕКТИРОВАНИЕ С УЧЕТОМ ВОЗМОЖНОГО ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЯ -ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ

© 2016 С. И. Меркулов1, Н. В. Полякова2

1докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой промышленного и гражданского

строительства e-mail: [email protected]

2магистр кафедры промышленного и гражданского строительства e-mail: [email protected]

Курский государственный университет

Обоснована проблема в области сопротивления прогрессирующему разрушению. Приведены определения терминов в данном направлении. Выполнен обзор и анализ нормативных документов различных стран, содержащих положения по защите зданий и сооружений от прогрессирующего разрушения.

Ключевые слова: прогрессирующее разрушение, строительные конструкции, аварийные ситуации, непропорциональное разрушение, конструктивный элемент, конструктивные системы, локальное разрушение, безопасность зданий и сооружений, особые воздействия, рекомендации, строительные нормы.

Развитие технологий в наши дни позволяет возводить большое количество офисных и жилых зданий, большепролетных спортивных и торгово-развлекательных комплексов. Строительство монолитных железобетонных объектов ведется так же быстро, как и панельных.

Основной задачей инженеров является обеспечение безопасности зданий и сооружений. В последние годы к проблеме надежности строительных конструкций стал проявляться повышенный интерес.

В современном проектировании производятся расчеты на множество аварийных ситуаций, причинами которых является сейсмическое воздействие, пожары, сильные ветры. Они определяются соответствующими СП и обеспечивают прочность и устойчивость конструкций. Но провалы в основаниях, ураганы, взрывы, авиакатастрофы, ударное действие транспортных средств и другие чрезвычайные ситуации, воздействие которых не учитывается в расчетах, приводят к прогрессирующему разрушению, когда в результате повреждения одного конструктивного элемента происходит полное обрушение здания.

Термин «прогрессирующее обрушение» появился впервые в Лондоне в 1968 г. и связан с аварией 22-этажного панельного жилого дома «Ронан Ройнт», при проектировании и строительстве которого были выполнены все нормы и правила. В угловой комнате на 18 этаже произошел взрыв газа. Вследствие взрыва были разрушены плиты перекрытия и выбита несущая стеновая панель. Потеряв опору, вышележащие конструкции шести этажей обрушились. Нижележащие конструкции не выдержали ударного действия от падающих конструкций и добавочной нагрузки от обломков. Таким образом, объем общего разрушения во много раз превысил объем, непосредственно связанный с разрушившемся элементом конструкции [Грачев 2010: 5].

Необходимость исследований в области надежности зданий и сооружений в дальнейшем подтвердилась другими тяжелыми авариями. В 1995 г. в Оклахома-Сити в результате взрыва на первом этаже была разрушена колонна. По цепной реакции разрушились связанные с ней несущие балки, колонны и участки перекрытий. В 2001 г. произошло обрушение небоскребов торгового центра в Нью-Йорке. В 2004 г. в Москве, меньше чем за 1 минуту, разрушилось здание спортивно-оздоровительного комплекса с аквапарком «Трансвааль».

Перечисленные выше аварии вызвали повышенный интерес к проблеме защиты от прогрессирующего разрушения зданий различных конструктивных систем.

Данная проблема является актуальной и в настоящее время. Но, несмотря на прогресс в области проектирования строительных конструкций, возведения зданий и их эксплуатации, в зарубежной и российской практике проблема сопротивления прогрессирующему разрушению остается нерешенной: отсутствует единая методика расчета, нормативная база, запутаны термины и определения.

Особое значение имеет термин «прогрессирующее разрушение (обрушение)». Многие исследователи предлагают заменить его на непропорциональное разрушение, цепное, нарастающее или лавинообразное. Другие специалисты считают, что непропорциональное разрушение, характеризующее величину последствий, может быть как обычным, так и прогрессирующим (см. рис. 1), а лавинообразность рассматривают как качество обрушения [Грачев 2010: 6-8].

Рис. 1. Типы непропорционального разрушения

Несмотря на терминологический спор, прогрессирующее разрушение имеет ряд определенных признаков:

Меркулов С возможного конструктивной

. И., Полякова Н. В. Проектирование с учетом прогрессирующего разрушения - обеспечение безопасности в условиях аварийной ситуации

- аварийные ситуации, вызванные запроектными источниками (взрывы, пожары, кастовые провалы, ДТП, дефекты конструкций, материалов, некомпетентная реконструкция (перепланировка) и т.п. случаи) [Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения 2005: 2-4];

- внезапное локальное разрушение отдельного(ых) конструктивного(ых) элемента(ов), провоцирующее обрушение части конструктивной системы [Тур 2009: 2-14];

- непропорционально большие масштабы результирующего обрушения и социально-экономические последствия по отношению к инициировавшему его локальному разрушению [Там же].

Первые рекомендации по защите зданий от прогрессирующего разрушения появились в 1970 г. в Великобритании. Причиной тому явилась авария 22-этажного панельного жилого дома, которая была описана выше. В США подобные требования были включены в 1972 г. в нормы Американского института стандартов, а в 1975 г. - в Национальный строительный код Канады.

Требования в отношении сопротивления прогрессирующему разрушению содержат и Евронормы:

- еврокод 2 - Проектирование железобетонных конструкций;

- еврокод 4 - Проектирование сталебетонных конструкций;

- еврокод 8 - Проектирование конструкций сопротивляющихся землетрясениям и др. [Алмазов 2014].

Согласно данным нормам, конструкции должны быть запроектированы и построены таким образом, чтобы они не были повреждены при наступлении таких событий, как взрыв, удар, последовательность человеческих ошибок на величину, непропорциональную исходной причине [Грачев 2010: 9].

Начиная с 70-х гг. Ю.Н. Стругацким работы по разработке рекомендаций по защите зданий от прогрессирующего обрушения были начаты в России.

В период с 1999 г. по 2006 г. были разработаны рекомендации следующих типов зданий:

- крупнопанельные здания;

- жилые здания с несущими кирпичными стенами;

- жилые здания каркасного типа;

- монолитные жилые здания;

- высотные здания;

- большепролетные сооружения.

Исследования проводились группой специалистов НИИЖБ (докт. техн. наук

A.С. Залесов), МНИИТЭП (инженеры Г.И. Шапиро, Ю.А. Эйсман, канд. техн. наук

B.С. Коровкин), РААСН (докт. техн. наук В.И. Травуш). Основная цель данных рекомендаций - обеспечение безопасности зданий при запроектных чрезвычайных ситуациях [Азума 2011].

В последующие годы в печатных изданиях стали появляться работы, посвященные проблеме сопротивления прогрессирующему разрушению, В. О. Алмазова, Г.Г. Еремеева, К.И. Еремина, Б.С. Расторгуева, В.М. Ройтмана, А.В. Перельмутер и др. [Айдемиров 2010].

В Градостроительном кодексе России, ГОСТе 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований», Технических регламентах повышением величины коэффициента надежности по ответственности выделили уникальные и особо опасные сооружения. Это означает обязательность расчета на особые воздействия и нагрузки [Алмазов 2014].

Ниже приведен обобщенный перечень документов, содержащих положения по защите зданий и сооружений от прогрессирующего разрушения (см. табл.) [Грачев 2010:

17].

ADA Building Regulations. Approved Document A. Structure (Строительные нормы. Свод правил «А». Конструкции) Великобритания 1992 г.

EC1 EN 1991-1-7. Eurocode 1. Action on structures. Accidential actions (Нагрузки на конструкции. Основные нагрузки. Случайные воздействия) Евросоюз 1998 г.

РПЗ Рекомендации по защите панельных зданий Россия 1999 г.

РКЗ Рекомендации по защите каркасных жилых зданий Россия 2002 г.

GSA Progressive collapse analysis and design guidelines for new federal office buildings and major modernization projects. GSA (Рекомендации по расчету прогрессирующего обрушения и проектированию новых федеральных офисных зданий и крупных реконструкций) США 2003 г.

МГСН МГСН 4.19-05 Временные нормы проектирования многофункциональных высотных комплексов Москва, Россия 2005 г.

UFC UFC 4-023-03 Design of buildings to resist progressive collapse (Проектирование зданий для предотвращения прогрессирующего обрушения) США 2005 г.

РМЗ ТСН 31-332-2006 Жилые и общественные высотные здания Санкт-Петербург, Россия 2005 г.

РВЗ Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения Россия 2006 г.

РМЗ Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения Москва, Россия 2006 г.

NYBC New-York Buildind Code (Строительные нормы города Нью-Йорк) Нью-Йорк, США 2007 г.

МДС МДС 20-2.2008 Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях Москва, Россия 2008 г.

ТКП ТПК 45-3.02-108 Высотные здания. Строительные нормы проектирования Минск, Беларусь 2008 г.

Несмотря на большую проделанную работу, остается много вопросов по разработке мероприятий и проектных решений по предотвращению прогрессирующего разрушения.

На данный момент известны три основных метода предупреждения прогрессирующего разрушения строительных конструкций [Гляков 2014]:

- общее упрочнение всего сооружения;

- местное усиление отдельных элементов;

- обеспечение надежной конструктивной взаимосвязи элементов.

В настоящее время на кафедре железобетонных конструкций Московского государственного университета (МГСУ) под руководством доктора технических наук прфоессора В. О. Алмазова проводятся интенсивные исследования по противодействию прогрессирующему разрушению зданий с различными конструктивными системами [Пушкарев 2011].

Меркулов С возможного конструктивной

. И., Полякова Н. В. Проектирование с учетом прогрессирующего разрушения - обеспечение безопасности в условиях аварийной ситуации

Таким образом, перед специалистами стоит ряд непростых задач, требующих проведение большого количества исследований:

- определение наиболее полного перечня аварийных воздействий, приводящих к прогрессирующему разрушению конструкций;

- разработка системы организационных мер, не допускающих образования таких воздействий;

- определение опасных мест в конструктивных системах, в которых аварийные воздействия могут повлечь за собой прогрессирующие обрушение;

- создание нормативной базы, комплексно охватывающей данную проблему.

Библиографический список

Азума Кобла Эдберт Прогрессирующее разрушение высотных зданий // Научный вестник. Воронеж: Воронеж. ГАСУ, 2011. №7. С. 30-38.

Айдемиров К.Р. Состояние проблемы прогрессирующего разрушения зданий и сооружений, классификация задач и подходы к их решению // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Махачкала: Дагестан. гос. техн. ун-т, 2010. №18. с.117-130.

Алмазов В. О. Сопротивление прогрессирующему разрушению - путь обеспечения безаварийности капитальных сооружений // Бетон и железобетон - взгляд в будущее. III Всероссийская (II Международная) конференция по бетону и железобетону. М., 2014. Т 2. С. 13-24.

Гляков М.Ю. Применимость программного комплекса SCAD для расчета прогрессирующего разрушения каркасно-панельных одноэтажных зданий с учетом потери несущей способности отдельных конструктивных элементов // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II Междунар. науч. конф. СПб.: Заневская площадь, 2014. С. 78 -83.

Грачев В.Ю. Непропорциональное разрушение. Сравнение методов расчета. Екатеринбург: Ажур, 2010. 81 с.

Тур В.В. Оценка рисков конструктивных систем в особых расчетных ситуациях // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки: научно-теоретический журнал. Полоцк: Полоцк. гос. ун-т, 2009. №6. С. 2-14.

Пушкарев Б.А. Противодействие прогрессирующему разрушению каркасов высотных зданий. Обзор состояния проблемы, определение задач исследования // Строительство и техногенная безопасность. Симферополь: Национальная акад. природоохр. и курортного стр-ва, 2011. №38. С. 32-37.

Рекомендации по предотвращению прогрессирующих обрушений крупнопанельных зданий. М., 1999. 34 с.

Рекомендации по защите жилых зданий с несущими кирпичными стенами при ЧС. М., 2002. 14 с.

Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях. М., 2002. 11 с.

Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения. М., 2005. 76 с.

Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения. М., 2006. 59 с.

МДС 20-2.2008. Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного обрушения. / ФГУП «НИЦ Строительство». М.: ОАО «ЦПП», 2008. 16 с.